光子增強(qiáng)熱電子發(fā)射（PETE）全固態(tài)太陽(yáng)能電池是PETE研究的一個(gè)重要方向。本文選擇P型重?fù)诫s的窄帶隙In_xGa_1-xN材料作為吸收層,N型摻雜的寬帶隙的In_xGa_1-xN材料作為勢(shì)壘層組成全固態(tài)太陽(yáng)能電池,運(yùn)用AMPS-1D軟件研究In組分和勢(shì)壘層摻雜濃度對(duì)InGaN全固態(tài)太陽(yáng)能電池性能的影響,結(jié)果得到了InGaN重?fù)诫s濃度的臨界值為3.94×10¹⁹/cm³,發(fā)現(xiàn)全固態(tài)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)隨著勢(shì)壘層In組分的變化而變化,并由此得出最優(yōu)的組合為:吸收層In組分為0.75,勢(shì)壘層In組分為0.58,光電轉(zhuǎn)換效率為31.333%。進(jìn)一步研究該組合發(fā)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)隨著勢(shì)壘層摻雜濃度的升高而降低,最優(yōu)的勢(shì)壘層摻雜濃度不易超過(guò)2×10¹⁹/cm³,調(diào)節(jié)勢(shì)壘層In組分可以起到調(diào)節(jié)勢(shì)壘高度的作用,本文的結(jié)果將為InGaN全固態(tài)太陽(yáng)能電池的制備提供理論支持。 

【文章來(lái)源】：電子元件與材料. 2020年07期 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

基于InGaN的全固態(tài)太陽(yáng)能電池的能級(jí)示意圖[19]

本計(jì)算所模擬的基于InGaN的全固態(tài)太陽(yáng)能電池,其結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化為圖2形式,由于幾百納米的InGaN半導(dǎo)體材料就可以吸收大部分入射光,因此本研究選用厚度為100 nm的重?fù)诫sP型窄禁帶InxGa1-xN材料作為吸收層。且為使基于InGaN的全固態(tài)太陽(yáng)能電池滿足熱電子發(fā)射機(jī)制,勢(shì)壘層不易過(guò)薄,而勢(shì)壘層過(guò)厚也勢(shì)必會(huì)影響電子的發(fā)射,進(jìn)而降低光電轉(zhuǎn)換效率,因而選擇厚度為10 nm的N型摻雜寬禁帶的InxGa1-xN材料作為勢(shì)壘層。在本模擬過(guò)程中,首先需要找到InGaN的P型重?fù)诫s濃度,因此先隨機(jī)選取In組分為0.75的In0.75Ga0.25N為吸收層(對(duì)應(yīng)Eg=1.11 eV),In組分為0.44的In0.44Ga0.56N為勢(shì)壘層(對(duì)應(yīng)Eg=1.86 eV),并通過(guò)翻閱大量文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)對(duì)于大多數(shù)材料,當(dāng)摻雜濃度超過(guò)1019/cm3可以達(dá)到重?fù)诫s,因此本研究選取多個(gè)在1019/cm3以上的摻雜濃度進(jìn)行嘗試,并通過(guò)AMPS-1D軟件做出能帶圖,確定InGaN材料具體的P型重?fù)诫s濃度。當(dāng)P型的摻雜濃度NA=3.93×1019/cm3時(shí),其能帶圖如圖3所示,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在熱平衡狀態(tài)下,其費(fèi)米能級(jí)基本上與價(jià)帶頂重合,還并未達(dá)到重?fù)诫s的程度。

在本模擬過(guò)程中,首先需要找到InGaN的P型重?fù)诫s濃度,因此先隨機(jī)選取In組分為0.75的In0.75Ga0.25N為吸收層(對(duì)應(yīng)Eg=1.11 eV),In組分為0.44的In0.44Ga0.56N為勢(shì)壘層(對(duì)應(yīng)Eg=1.86 eV),并通過(guò)翻閱大量文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)對(duì)于大多數(shù)材料,當(dāng)摻雜濃度超過(guò)1019/cm3可以達(dá)到重?fù)诫s,因此本研究選取多個(gè)在1019/cm3以上的摻雜濃度進(jìn)行嘗試,并通過(guò)AMPS-1D軟件做出能帶圖,確定InGaN材料具體的P型重?fù)诫s濃度。當(dāng)P型的摻雜濃度NA=3.93×1019/cm3時(shí),其能帶圖如圖3所示,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在熱平衡狀態(tài)下,其費(fèi)米能級(jí)基本上與價(jià)帶頂重合,還并未達(dá)到重?fù)诫s的程度。當(dāng)P型的摻雜濃度NA=3.95×1019/cm3時(shí),其能帶圖如圖4所示,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在熱平衡狀態(tài)下,費(fèi)米能級(jí)明顯要低于價(jià)帶頂,因此證明此時(shí)吸收層處于重?fù)诫s狀態(tài)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]InGaN太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換特性的理論計(jì)算[J]. 張玉寧,剡文杰.  電源技術(shù). 2016(03)

博士論文
[1]基于光子增強(qiáng)熱電子發(fā)射（PETE）的全固態(tài)高溫太陽(yáng)能電池技術(shù)研究[D]. 楊陽(yáng).中國(guó)科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所) 2015

碩士論文
[1]InGaN基太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及極化效應(yīng)研究[D]. 張利超.河北科技大學(xué) 2015
[2]硅基薄膜太陽(yáng)電池的數(shù)值模擬[D]. 張聰亮.溫州大學(xué) 2011



本文編號(hào)：2931639